JPH07335208A

JPH07335208A - 電池用塗着式電極およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07335208A
Application number: JP6129055A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yanagihara; 伸行柳原; Hiroshi Kawano; 博志川野; Takayuki Hayashi; 隆之林; Masato Tsuji; 政人辻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】金属多孔体に活物質を塗着する塗着式電極を
改良して、活物質層または水素吸蔵合金層と波形状金属
多孔体との密着性および電子伝導性を向上する。また、
金属多孔体の波形方向に対して平行に集電用の無穿孔部
（加圧穿孔部）を設ける事により電池の耐久性や生産
性、量産性に優れる様にする。【構成】金属板または金属箔を両面から穿孔して、そ
の穿孔した孔周囲に形成されるバリによって波形状に形
成された金属多孔体に活物質または水素吸蔵合金粉末を
塗着し、この電極の金属多孔体の波形方向に対して集電
部分を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蓄電池、特にアルカリ蓄
電池に使用される平板型の塗着式電極およびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ蓄電池用の代表的な正極にはニ
ッケル電極がある。この電極は、大別して焼結式電極と
非焼結式電極に分類される。前者は、ニッケル粉末を焼
結して得られる微孔性の焼結基板に、硝酸ニッケル水溶
液などを用いて浸漬法によりニッケル塩を添加し、乾燥
後、苛性アルカリ水溶液中に浸漬することにより前記ニ
ッケル塩を水酸化ニッケルに転化し、極板を得る。この
方法は工程が複雑であり、活物質である水酸化ニッケル
の充填密度が後に述べる非焼結式電極に比べて小さくな
る欠点を有している。しかし、電極の高率放電特性、サ
イクル寿命などが優れている特徴があり、用途に応じて
広く実用化されている。一方、非焼結式電極として
は、古くはポケット式と称される電極製法があり、最近
では発泡状ニッケル多孔体内へ活物質粉末である水酸化
ニッケル粉末を直接充填する方法が実用化されてきた。
このうち後者の方法によると、電極の製法が簡略化で
き、高多孔度の発泡状ニッケル多孔体が可能であるた
め、高密度充填ができ、高容量の電池を構成できる特徴
がある。しかし、発泡状ニッケル多孔体は、電気メッキ
やニッケル粉末焼結法等により作製されており、その材
料コストが高くつく欠点がある。

【０００３】したがって、電極支持体として発泡状ニッ
ケル多孔体に代わり、安価なパンチングメタル、エキス
パンドメタルなどを使用する非焼結式電極の開発が実施
されるようになってきた。例えば電極用芯材にエキスパ
ンドメタル、ニッケルの箔、パンチングメタルなどが一
般に用いられている（特開昭５８−１６３１５７号公
報）。これらの電極支持体は、焼結式基板、発泡状ニッ
ケル多孔体のように三次元的な構造を有していないた
め、電極として使用した場合、活物質の保持力が乏し
く、電極作製中あるいは充放電を繰り返した場合などに
活物質の脱落が生じやすい。さらに、電極の厚さ方向に
対する電子伝導性が乏しく、電極特性の低下が大きいた
め、一部の電極以外には実用化されていない。

【０００４】そこで、電極支持体の表面積を大きくし
て、活物質の保持力を増強させるために、ニッケル板
や、ニッケルメッキ板の表面をブラスト処理して粗面に
した導電性電極支持体（金属芯体）も古くから提案され
ている（特開昭４９−７７１４２号公報）。また、極板
の金属芯体（パンチングメタル）の表面の無孔部分に１
０〜１００μｍのバリ状突起（刃物状のキズ）を設ける
提案もある（実開昭５８−４１９７５号）。さらには同
じ目的で、金網、パンチングメタル、穿孔板の様な平板
状の導電性多孔体上に導電性突起（粉末状、繊維状）を
溶射によって形成した金属芯材を電極に用いる事も提案
されている（特開平１−３０２６６８号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したパンチングメ
タル、エキスパンドメタルなどを電極支持体として使用
する電極製法は、活物質粉末を高分子結着剤の溶液と導
電性粉末とでペースト状として、上記電極支持体に塗
着、乾燥することにより、容易に電極を作製できる長所
を有している。しかし、電極支持体である金属多孔体と
活物質層との密着性が弱く、電池用電極として用いた場
合、金属多孔体と活物質が剥離しやすい。この結果、電
極支持体が集電体を兼ねている場合、電極の電気抵抗が
大きくなり、放電電圧、放電容量の低下の原因となる。
この問題を解決するために活物質層内に多量の結着剤を
添加すれば、剥離現象は抑制されるが、活物質の反応性
が低下し、放電特性に悪影響を与える。

【０００６】また、金属多孔体と活物質層の密着性を強
固にするため、接着剤の役割をする熱可塑性樹脂の層を
金属多孔体表面に形成させ、その上層部へ活物質を形成
させた後で、加熱することにより、金属多孔体と活物質
層の密着性を改善する方法もある。しかし、金属多孔体
と活物質層の間に絶縁層が形成されることになり、電極
の集電性が低下し、電極の反応性が阻害される。

【０００７】以上のように、電極支持体に比較的平面状
の金属多孔体を使用した場合は前記課題の解決が困難で
あった。

【０００８】したがって本発明は、金属多孔体に活物質
粉末を塗着する塗着式電極を改良して、活物質層と金属
多孔体との密着性および電子伝導性とともに電極の耐久
性を向上することを目的とする。

【０００９】本発明は、また、ニッケル電極、亜鉛電
極、カドミウム電極のみでなく、水素吸蔵合金粉末を用
いる水素吸蔵合金電極にも適用できる改良された電池用
塗着式電極とその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電池用塗着式電
極は、金属多孔体と、その両面に形成した活物質または
水素吸蔵合金粉末の塗着層からなり、前記金属多孔体
は、金属板または金属箔を両面側より穿孔して、その穿
孔された孔周囲に形成されるバリによって波形状に形成
されたものであり、前記波形状に穿孔された金属多孔体
の周辺部分にその波形方向に対して平行方向に集電用の
無穿孔部あるいは加圧穿孔部分を設けて電極を構成した
ものである。

【００１１】本発明の電池用塗着式電極の製造方法は、
前記波形状に穿孔された孔周囲にバリを有し、かつ周囲
に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を有する長尺帯状の金属
多孔体の波形方向に対して平行方向あるいは直角方向に
搬送する工程と活物質または水素吸蔵合金粉末を塗着さ
せる工程を有する。

【００１２】また、本発明の電池用塗着式電極の製造方
法は前記波形状に穿孔された孔周囲にバリを有し、かつ
周囲に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を有する長尺帯状あ
るいは短尺状に構成された金属多孔体両面に活物質また
は水素吸蔵合金粉末からなる塗着層を設け、この金属多
孔体の波形方向に対して、直角方向あるいは平行方向に
一回以上のローラープレスを行う工程を有する。

【００１３】

【作用】以上に示したように、穿孔時に孔周囲に波形状
にバリを発生させ、平面状の金属板または金属箔を立体
的に加工した波形状金属多孔体を塗着式電極の集電体を
兼ねた電極支持体として使用することにより、パンチン
グメタルのような平面状の電極支持体を使用した場合に
比べ電極活物質層が電極支持体より剥離する現象が抑制
されるとともに、立体構造の金属多孔体であることよ
り、電極の厚さの方向に対する電子伝導性が向上し、し
たがって電極活物質の利用率の向上による高容量化を図
り、さらに大電流放電時の電圧低下を抑制することがで
きる。しかも、金属多孔体の周辺部に波形方向に対して
平行方向に集電用の無穿孔部あるいは加圧穿孔部を１ヶ
所以上設けることにより、金属多孔体の波形方向に電極
の伸長が抑制され電極の耐久性が向上する。したがって
サイクル寿命特性に優れた電池用塗着式電極を得る事が
できる。また、金属多孔体の波形方向と直角に搬送を行
うと電極自体の伸長がなく電極支持体である金属多孔体
の変形がない。そして、金属多孔体の周辺部に無穿孔部
あるいは加圧穿孔部を設ける事により、金属多孔体の波
形方向に対して直角あるいは平行いずれの方向で搬送お
よびローラープレスを行っても電極自体の伸長がなく、
金属多孔体の立体構造に変形がない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１５】図１は、金属板または金属箔の穿孔に用い
る金型の構成例を示す縦断面図である。５は先端を切頭
円錐形にした多数のポンチ６を有する下型、７はポンチ
６に対応する部分に凹部８を設けた上型である。このポ
ンチ６と凹部８は上・下交互に合致する構造となってい
る。

【００１６】この上型７と下型５との間に金属板または
金属箔１を配し、上型７と下型５とを相対的に近づく方
向に加圧すると、金属板または金属箔１は、ポンチ６の
先端により凹部８内へ押しつけられることによって波形
状に引き伸ばされながら開孔される。このような穿孔に
よって図２（ａ）に示すような金属多孔体が得られる。
同図において、２が孔であり、３は穿孔時に金属板また
は金属箔１の加圧方向側上下に形成されたバリを示す。
また、ｔは元の金属板または金属箔１の厚さを示し、Ｔ
はバリ３を含めた見かけ上の厚さを示す。

【００１７】図１に示す金型において、ポンチ６と凹部
８を上下一対にしかも交互に設けてあるため、金属板ま
たは金属箔の両側から穿孔することにより、金属板また
は金属箔１の両面にバリ３が形成される。その上側のバ
リ３の先端から下側のバリ３の先端を結ぶと頂度図２
（ｂ）の様な波形状構造のモデル図を描く事ができる。
よって、波形構造を示す場合は、図２（ａ）の構造を意
味しており、簡略化のためにとくに波形状に記載してい
る。

【００１８】本発明で用いる金属板または金属箔は、後
述するように厚さ３０〜１５０μｍの範囲が適当であ
り、穿孔される孔の大きさは、円形の孔で径０．２〜２
ｍｍ、矩形またはそれに類似のもので一辺の長さが０．
２〜２ｍｍのものが好ましい。

【００１９】また、前記金属板または金属箔としては、
耐電解液性の金属または表面を耐電解液性の金属で被覆
した金属板または箔が用いられる。

【００２０】したがって、図２に示す様に金属板または
金属箔１の厚さをｔ（μｍ）と表示し、その上下のバリ
先端間の見掛け上の金属多孔体の厚さをＴ（μｍ）とす
ると、この比率Ｔ／ｔの値が金属多孔体を選択する上で
重要となってくる。

【００２１】図３は本発明で用いる金属多孔体の開孔部
形状、即ち上面透影図を示し、この金属多孔体のａ−
ａ’縦断面の概念構成を図４に示す。

【００２２】また、図２に示す波形状多孔体の両面に活
物質あるいは水素吸蔵合金粉末４を塗着形成させた電極
縦断面の構成を図５に示す。

【００２３】図６は、従来のパンチングメタルを示し、
例えば厚さ５０μｍのニッケル板９に径２ｍｍの孔１０
を中心間ピッチＤを３．５ｍｍとして開孔したものであ
る。この場合は、切頭円錐形の先端を有しないポンチを
用い、ポンチと凹部の縁部とで金属板を打抜き切断する
形となり、こうして穿孔される孔の周囲には、バリが形
成されてもほんのわずかである。次に、より具体的な
実施例を説明する。

【００２４】厚さ２０〜１６０μｍのニッケル板に、表
１中に示す仕様で穿孔して金属多孔体を作製した。な
お、孔の配列は格子状とし、孔間のピッチは３．５ｍｍ
とした。また、電極の製法条件について、その加圧条
件、搬送方向、ローラープレス方向を考慮し、これらの
金属多孔体を用いてペースト式ニッケル電極と水素吸蔵
電極を作製し、５０Ａｈ用の密閉型ニッケル−カドミウ
ム蓄電池と同型ニッケル−水素蓄電池を構成してニッケ
ル電極と水素吸蔵電極を評価した結果について述べる。

【００２５】

【表１】

【００２６】〔実施例１〕まず、水酸化ニッケル粉末１
００ｇに対して、黒鉛粉末１０ｇ、ニッケル粉末５ｇ、
コバルト粉末１０ｇ、カルボキシメチルセルロースの３
ｗｔ％水溶液５５ｇ、およびスチレン−ブタジエンラバ
−の４８ｗｔ％水分散液５ｇを練合し、ペースト状にし
た。このペーストを収容した槽に表１中ａ〜ｔに示す各
金属多孔体を通過させて金属多孔体の両面にペーストを
塗着した後、ステンレス鋼製のスリットを通過させてペ
ースト塗着体を一定厚さに調整した後、乾燥工程を通し
てからローラープレスを行い、厚みが０．６５ｍｍの塗
着式ニッケル正極を作製した。

【００２７】次に、これらのニッケル電極を有効部分と
して１００ｍｍ×１２０ｍｍの大きさに裁断した。こう
して得られる電極１枚中に含まれる水酸化ニッケル量よ
り算出される電気化学的理論容量は４．２５Ａｈであ
る。この電極を１３枚用いて５５Ａｈとした。カドミウ
ム負極の容量は一枚当り６．７Ａｈとし、この電極を１
４枚用いる構成とした。

【００２８】ここで使用した金属多孔体は図７、図８、
図９に示す様に波形状金属多孔体１１の波形方向（図２
に示す形状の略図で表示）に対して平行に集電用の無穿
孔部あるいは加圧穿孔部が設けてある。しかも波形状金
属多孔体の周辺部に、長尺状に設け、この部分にリード
板１３が取付けてある。図７（ａ）は無穿孔部あるいは
加圧穿孔部を構成する集電部を電極の上部に、また図７
（ｂ）は上部、下部の両方に設けた例である。いずれも
電極が波形方向に伸長する事を抑制した構成である。

【００２９】図８は同集電部が電極の両側に設けられた
場合である。図９は電極の上部周辺の一部に集電部を設
け、この部分にリード板１３を取り付けた例である。電
極が横方向より縦方向に伸長しない様に、金属多孔体の
波形方向が電極の横水平方向に並んでいる。この様な電
極構成にする事により、少なくとも横方向より縦方向の
伸長が少なくなる。電極が縦方向に伸びると電極の下部
において短絡現象を発生させる。横方向への伸長はこの
短絡現象を抑制し、サイクル寿命の伸長につながる。

【００３０】この観点からすれば、長尺状集電部が金属
多孔体の波形方向と平行ではないが図１０に示す様に電
極の両側に集電部を設けて横方向への伸長をリード板１
３で固定する事である程度抑制できる。また縦方向への
伸長も少ない。しかし、図１１は長尺状集電部が金属多
孔体の波形方向と直角にあり、しかも電極の配置方向に
対して縦方向に波形方向があるために電極は縦方向に伸
びて、サイクル寿命が短くなる。この電極構成は電池特
性上から好ましくない。

【００３１】これらのニッケル正極と公知のカドミウム
負極およびポリアミド樹脂製の不織布からなるセパレー
タとを組み合わせて公称容量５０Ａｈの角型の密閉型Ｎ
ｉ−Ｃｄ電池を構成した。なお、電解液には、水酸化リ
チウムを３０ｇ／ｌ溶解させた水酸化カリウムの３１ｗ
ｔ％水溶液を適量用いた。こうして表１の中に示す金属
多孔体ａ〜ｊより得られたニッケル正極を用いた電池Ａ
〜Ｊを作製した。

【００３２】ここで金属多孔体の穿孔部の形状は略矩
形、円形、長方形とし、搬送方向とローラープレス方向
は金属多孔体の波形方向に対して直角方向の場合は補強
用の無穿孔部あるいは加圧穿孔部の有無にかかわりがな
く、平行方向の場合に関してのみ周辺部に補強用の無穿
孔部あるいは加圧穿孔部を設けた場合である。

【００３３】ここで実施した５０Ａｈ用角型アルカリ蓄
電池の構造を図１２に示す。図１２において、１４はカ
ドミウム負極、１５はニッケル正極、１６はセパレー
タ、１７は電槽、１８は負極端子、１９は正極端子、２
０は安全弁、２１は電槽の蓋である。金属多孔体の穿孔
部の形状は図１３に示す様に本実施例で用いた他にも多
種多様の穿孔が可能である。

【００３４】以上のような条件で構成した電池を０．１
Ｃで１５時間充電し、１時間の休止後０．２Ｃで電池電
圧が１．０Ｖに達するまで放電し、この条件で３サイク
ル繰り返した。次いで、充電条件を同様にして、４サイ
クル目の放電を０．５Ｃ、５サイクル目の放電を１Ｃに
して、放電特性の比較を行った。また、６サイクル目以
降は充電を０．３Ｃで４時間、放電を０．５Ｃで電池電
圧が１Ｖまで行うサイクル寿命試験を行い、ニッケル正
極の構成条件とサイクル寿命特性を比較した。これらの
結果を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】一方、金属板（箔）と金属多孔体の見掛け
上の厚さおよび開孔率、加圧前の厚さ比率（Ｓ／Ｅ）、
金属多孔体の波形方向と長尺状集電部方向、金属多孔体
の波形方向に対する搬送方向とローラープレス方向、お
よび集電用の無穿孔部あるいは加圧穿孔部の有無など本
発明の範囲ではあるが、最適範囲をはずれると電池特性
が低下する例を表３に示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】電池Ｋ，Ｌは金属板（箔）の厚さと金属多
孔体の見掛け上の厚さ、電池Ｍ，Ｎは加圧前の厚さ比率
（Ｓ／Ｅ）、電池Ｏ，Ｐは加圧率が不適切である場合、
電池Ｑは金属多孔体の波形方向と集電用の無穿孔部（加
圧穿孔部）の方向が直角方向の場合、電池Ｒは波形方向
に対する搬送方向とローラープレス方向が平行方向の場
合、電池Ｓ，Ｔは開孔率が不適切な場合である。また電
池Ｖは従来型のパンチングメタルを用いた場合である。

【００３９】本実施例の中で電池Ａ〜Ｊにおいて、ニッ
ケル電極に使用した水酸化ニッケルの利用率は各種電池
で９０．５〜９６．５％であり、すべて実用上必要な利
用率である９０％以上を保持している。また高率放電特
性（容量比率０．５Ｃ／０．２Ｃ、１Ｃ／０．２Ｃ）に
おいても各々９０．５〜９５．２％（８５％以上確
保）、８５．２〜９３．０％（８０％以上確保）を維持
している。また、充放電サイクル試験においては２００
サイクル目、５００サイクル目の放電容量利用率は各々
８５．３〜９４．８％、８３．５〜９３．５％を保持し
ている。この範囲では実用上好ましい電池特性を示して
いる。一方、本実施例の中でも適切な条件がそろわない
電池の１例として表３に示す電池Ｋ〜Ｔについて試験し
た結果、ニッケル電極に使用した水酸化ニッケルの利用
率は８０．２〜９４．８％の間にあり、電極構成や製法
条件によって大きな差を生じている。実用上好ましい９
０％以上を確保していない電池もある。また、高率放電
特性の１つである０．５Ｃ／０．２Ｃ、１Ｃ／０．２Ｃ
の容量比率においても、各々７３．５〜９１．５％、７
０．５〜８７．０％であり同様に大きな差を生じて実用
上好ましい８５％、８０％以上を確保していない電池も
存在する。さらに、この種電池の充放電サイクル寿命も
１５０〜３００回の間にあり、電池Ａ〜Ｊと比べて大幅
に低下している。５００サイクルまでのサイクル寿命
（容量保持率として６０％以上）を達成できた電池は殆
どなく、その原因は電池内部抵抗の増大、電極厚さが大
き過ぎて集電能力不足による容量低下、電池内短絡、充
放電による膨張による電極破壊、活物質の剥離、脱落あ
るいは電池構成時の不良発生（破壊）によるものであっ
た。従来型電池（パンチングメタル使用）Ｖが最もサイ
クル寿命が短い事がわかる。この様に電池Ａ〜Ｊと比較
すると電池構成条件によって電池特性が低下する。よっ
て仮に同じ波形状金属多孔体を用いても好ましい電極構
成条件、製法条件がある事がわかる。

【００４０】また、従来型のパンチングメタルを電極支
持体に使用した電池Ｕは初期の利用率が本発明の金属多
孔体と大差ないが、高率放電特性、サイクル寿命に関し
ては大きな差が認められる。１Ｃ／０．２Ｃ容量比率で
は本実施例の電池Ａ〜Ｊの平均値として９０％以上に対
して従来型電池Ｕは７５％程度である。サイクル寿命に
おいても、活物質とパンチングメタルとの密着性が悪
く、脱落、剥離現象と共に放電容量に低下が見られる。

【００４１】この結果により、本発明の様に金属板
（箔）を孔周囲にバリを有する立体的な構造（波形状構
造）の金属多孔体に加工した場合、バリを含めた見掛け
上の厚さＴ（μｍ）と元の金属板（箔）の厚さｔ（μ
ｍ）の比率が４≦Ｔ／ｔ≦４０（但し、６００≦Ｔ（μ
ｍ）≦２１００、３０≦ｔ（μｍ）≦１５０）の範囲が
最も実用的である。この関係式を図１４に示す。図中実
線で包囲している部分が実用上望ましい範囲である。

【００４２】また、波形状金属多孔体の見掛け上の厚さ
Ｅ（ｍｍ）とその両面に活物質を塗着した状態で加圧前
の電極厚さＳ（ｍｍ）との比率が１．０≦Ｓ／Ｅ≦２．
０の範囲が実用上適用可能である。なお、３５％圧縮時
の電極基板の厚さが０．６５〜１．３ｍｍの場合の１例
として、電極加圧前の厚さ比率Ｓ／Ｅ値と高率放電特性
の関係を図１５に示す。この場合には圧縮率を３５％と
したがその圧縮率（１−加圧後の厚さ／加圧前の厚さ）
×１００％で表示）と放電時の中間端子電圧の関係を図
１６に示す。

【００４３】表２，３に示す様な実験結果から、圧縮率
は２５〜４５％が実用上最も適した範囲と言える。ま
た、波形状金属多孔体の開孔率は活物質と金属多孔体と
の密着性に大きく関係し、この値が小さいと両者の接触
抵抗が大きく、また、この値が大き過ぎると電極強度が
弱く、集電能力も乏しくなり実用上好ましくない。そこ
で、活物質の利用率、サイクル寿命などから、金属多孔
体の開孔率は３０〜６０％の範囲が望ましい。この関係
は図１７に示す通りである。

【００４４】図１４においてもＴ／ｔが４未満であれば
金属多孔体の立体構造の見掛け上の厚さが小さく、従来
型の安価なパンチングメタルと比較して大差がない。一
方、Ｔ／ｔが４０を越えるとなると波形状金属多孔体の
製作が困難となり生産性の上から実用的でない。また、
図１５においては、Ｓ／Ｅが１．０未満であれば金属多
孔体表面のバリによって、短絡現象を発生させる度合い
が高くなり信頼性の面から不適当である。一方、２．０
を越えると電極自体が厚くなり、金属多孔体の波形状ネ
ットワークが全体に広がらず、電極自体の集電能力が低
下する。図１６の圧縮率に関しては２５％未満であれ
ば、活物質と波形状金属多孔体との密着性が不十分でし
かも電極強度も弱く、高率放電特性も悪くなり、またサ
イクル寿命も短くなる。一方、４５％を越えると電極自
体が加圧され過ぎて、波形状金属多孔体の構造破壊とと
もに、低多孔度となり、活物質が十分作用せず、電極と
しての耐久性に欠けるという問題点を発生する。

【００４５】この様に適切な条件を選択して電極、電池
を構成すれば、厚さの方向に対する電子伝導性が確保さ
れ、大電流放電における放電容量低下が少なく、長寿命
化が達成されたものと考えられる。

【００４６】波形状金属多孔体の材質としては耐アルカ
リ性の金属が好ましく、ニッケル、ニッケル合金、ある
いは鉄基体にニッケル、コバルト、銅、亜鉛の１種以上
でメッキした構成のものがよい。

【００４７】この波形状金属多孔体は穿孔部周囲にバリ
を形成させているが、電極製作時には加圧工程を加える
ので、電極の塗着層内部にある金属多孔体のバリの先端
部が屈曲し、電極間での短絡は防止される。したがっ
て、加圧工程を加えると問題はないが、しかし前もって
金属多孔体のバリ（突起物）先端を屈曲しておくとさら
に短絡現象に関わる信頼性は向上する。この時の波形状
金属多孔体の構造を図１８（ａ），（ｂ）に示す。図中
２２はそのバリ先端の屈曲部を示す。

【００４８】以上の結果により、塗着式ニッケル電極を
構成する波形状の電極支持体として、金属板（箔）を開
孔し、故意にバリを形成させた立体構造の金属多孔体を
使用することにより、電極の電子伝導性を向上するとと
もに活物質層の剥離現象を抑制し、放電特性とサイクル
寿命特性の優れた電池を構成することができる。穿孔方
向は、金属板の片側からでも効果は認められるが、両側
から穿孔した方が電極の骨格となる部分が中央に配置さ
れるため、電池特性に対して有利になる。また、開口さ
れた孔の大きさに関して、小さくした場合は元の金属板
の厚さに比べ、見かけ上の厚さが大きくなりにくく、本
発明の効果が小さくなる。逆に大きくした場合は、隣接
する孔間の距離が長くなり、電子電導性の向上に寄与す
る度合いが小さくなり、さらには電極活物質の保持力の
低下を起こすことになり、円形の場合は直径を０．２〜
２ｍｍ、矩形またはこれに類似の形状の場合は一辺の長
さを０．２〜２ｍｍの範囲にすると本発明の効果が大き
いことがわかった。

【００４９】以上にように、本発明は塗着式ニッケル電
極を構成する場合の電極支持体として平面状のパンチン
グメタルに比べ、電池特性を向上させることが可能にな
り、しかも一般的に三次元構造を有する発泡状ニッケル
多孔体、繊維状ニッケルをフェルト状に加工したものな
どに比べて１／３〜１／５程度まで安価に作製すること
ができ、電極コストの低廉化が可能になる。さらに、実
施例においては塗着式ニッケル電極について記載した
が、その他の塗着式電極が可能な、例えば亜鉛電極、カ
ドミウム電極、鉄電極など、あるいは鉛蓄電池用の酸化
鉛電極、リチウム２次電池のリチウム複合酸化物電極や
カーボン電極、空気−亜鉛電池のカーボン電極などパン
チングメタル、エキスパンドメタル、格子、金属ネッ
ト、ラス板、発泡状あるいは繊維状多孔体など電極支持
体（集電体）として使用されている所に本発明の波形状
金属多孔体が使用できる。特に電極の伸長を防止する角
形板状とする電池に適している。〔実施例２〕実施例１と同様の方法により、金属板ある
いは金属箔を両側より穿孔させ、故意にバリを形成した
波形状の金属多孔体を作製し、この波形状の金属多孔体
の両面に水素吸蔵合金のペースを塗着した後、ステンレ
ス鋼製のスリットを通過させてペースト塗着体を一定厚
さに調整した後、乾燥工程を通してからローラープレス
を行い、厚みが０．５０ｍｍの塗着式水素吸蔵合金負極
を作成した。

【００５０】次に、これらの水素吸蔵合金電極として有
効面積１００ｍｍ×１２０ｍｍの大きさに裁断した。こ
うして得られる負極中に含まれる水素吸蔵合金量より算
出される電気化学的放電容量は一枚当り６．７Ａｈと
し、この電極板を１４枚使用し、９４Ａｈとした。

【００５１】ここで使用した金属多孔体は実施例１の図
７、図８に示す様に波形状金属多孔体１１の波形方向に
長尺状とし、この方向に対して平行に集電用の無穿孔部
あるいは加圧穿孔部１２を設けてある。そして図１２に
示す様な角型ニッケル・水素電池を構成した。

【００５２】これらの水素吸蔵合金負極と負極の特性が
わかる様に比較的長寿命化が可能な公知の焼結型ニッケ
ル正極およびポリアミド樹脂からなるセパレータとを組
み合わせて公称容量５０Ａｈの角型アルカリ蓄電池を構
成した。したがって、負極板としてカドミウム電極の代
わりに水素吸蔵合金電極を用いた以外、電池構成、試験
方法は実施例１と殆ど同じである。こうして表１の中に
示す金属多孔体ｖ，ｗ，ｘより得られる水素吸蔵合金負
極を用いた電池Ｖ，Ｗ，Ｘを作製した。これらの結果を
表４に示す。

【００５３】

【表４】

【００５４】ここで、金属多孔体の穿孔部の形状は略矩
形とし、搬送方向とローラープレス方向を金属多孔体の
波形方向に対して直角方向にした場合について試験を試
みた。使用した水素吸蔵合金の組成としては一般に公表
されているＭｍＮｉ_3.6Ｃｏ _0.7Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3系合
金を用いた。ニッケル正極は負極性能が判別できる様に
サイクル寿命に優れた焼結型電極を用いた。

【００５５】本実施例の中で電池Ｖ，Ｗ，Ｘにおいて、
負極に使用した水素吸蔵合金の容量は２３０ｍＡｈ／ｇ
以上で電池を構成し、実質放電容量は焼結型正極の容量
によって規制される。よって初期容量は従来型電池Ｙと
大差ない。しかし、放電電流値が１Ｃ、２Ｃと大きくな
ると、本発明の金属多孔体と従来型のパンチングメタル
に差を生じている。高率放電になると本発明の電池では
容量比率１Ｃ／０．２Ｃ、２Ｃ／０．２Ｃの時に、各
々、９０．６〜９２．７％、８０．０〜８０．６％に対
して従来型の電池では容量比率１Ｃ／０．２Ｃ、２Ｃ／
０．２Ｃの時に各々８４．２％、７４．３％と１６％、
２６％程低下している。また５００サイクル目と１００
０サイクル目の放電容量も実施例１の正極程ではないが
大きく低下している。この原因としては厚さ方向への電
子伝導性が従来型電池の方が劣っており、パンチングメ
タルと水素吸蔵合金間の抵抗が大きく、集電能力が低く
なったものと考えられる。本発明の電池では水素吸蔵合
金と波形状金属多孔体との間で集電作用が働き、容量低
下、電圧低下が少ない。この様に波形状金属多孔体の波
形方向に対して平行に集電用の無穿孔部あるいは加圧穿
孔部を設ける事によって、金属多孔体の伸長や亀裂等の
トラブルもなく、耐久性、生産性に優れたニッケル・水
素電池を作製する事ができる。〔実施例３〕波形状金属多孔体の両面に活物質または水
素吸蔵合金粉末の塗着層を形成する電池用塗着式電極
を、その製造例の１例として次の様にして製造した。ま
ず、長尺帯状の金属多孔体としては金属板または金属箔
を両面より穿孔し、その穿孔された孔周囲に形成される
バリによって波形状に形成されたものを用意し、この長
尺帯状の金属多孔体をその波形方向に対して平行方向あ
るいは直角方向に搬送して、活物質または水素吸蔵合金
粉末を塗着させた。金属多孔体の波形方向に対して直角
方向に搬送する例を図１９（ａ）に示す。また、金属多
孔体の両側周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設け
て搬送する例を図１９（ｂ）に示す。とくに金属多孔体
の波形方向と平行方向に搬送する場合には図１９（ｂ）
の様に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設けた方が良い。
この様な構造で搬送すれば工程上トラブルもなく、均質
な厚さに活物質や水素吸蔵合金粉末を塗着する事ができ
る。〔実施例４〕波形状金属多孔体の両面に活物質または水
素吸蔵合金粉末を塗着し、電池用塗着式電極を製造する
方法として、長尺帯状あるいは短尺状に構成された金属
多孔体を用いた。その金属多孔体は金属板または金属箔
を両側より穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成され
るバリによって波形状に形成されたもので、この波形状
に穿孔された金属板または金属箔の両面に活物質または
水素吸蔵合金粉末からなる塗着層を備える様にし、この
金属多孔体の波形方向に対して直角方向に搬送して１回
以上ローラープレス、またはローラーの表面が凹凸形状
であるエンボスローラープレスを行った。その構成を図
２０（ａ）（ｂ）に示す。図２０（ａ）は金属多孔体の
波形方向に対して直角方向に搬送して１回以上ローラー
プレスを行った場合であるまた、図２０（ｂ）は同じく
金属多孔体の両側周辺部に補強用の無穿孔部あるいは加
圧穿孔部を設けて搬送して１回以上エンボスローラープ
レスを行った場合である。金属多孔体の周辺部に補強用
の無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設ける場合には金属多
孔体の波形状方向に対して平行方向に搬送し、ローラー
プレスを行ってもよい。補強部がない金属多孔体は１回
以上のローラープレス時に大きく伸長し、波形状の立体
構造が減少し、見掛け上の厚さが減少し、電極特性が著
しく低下する。

【００５６】この様に長尺状金属多孔体の両面に活物質
または水素吸蔵合金粉末の塗着層を形成させた長尺帯状
電極基板に対して、金属多孔体の波形方向に対して平行
方向に、しかもその平行方向が長尺方向側になる様に切
断して図２１（ａ），（ｂ）の様に電極を製造した。そ
して、図２１（ｂ）の様にその波形方向に対して平行方
向に集電用の無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設ける方が
望ましいが波形方向に対して両側に直角方向にて、集電
用の無穿孔部あるいは加圧穿孔部を両側に設ける図２１
（ａ）の方法でもよい。図２１はその１例であって、波
形状金属多孔体の周辺部に補強用の無穿孔部や加圧穿孔
部を有する場合が好ましく、この部分を集電用としてリ
ード板を固定する事ができる。〔実施例５〕波形状金属多孔体の両面にペースト状の活
物質あるいは、水素吸蔵合金粉末を塗着する方法として
２種類について実施した。１つは波形状金属多孔体を下
から上に搬送して塗着する方法と上から下に搬送して塗
着する場合である。

【００５７】その実施例の１つとして、長尺帯状金属多
孔体の波形方向に対して平行に搬送した。金属多孔体は
補強用にその周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を帯
状に設けた。

【００５８】まず、図２２に示す様に、搬送用ローラー
２３、２４、２５で補強用の無穿孔部１２を設けた金属
多孔体１１を波形状方向と平行に搬送した。ペースト状
活物質あるいは水素吸蔵合金粉末４を内蔵した容器２９
内を通し、金属多孔体１１の両面に塗着層を形成し、ス
リット２６で厚さを調整しつつ乾燥機２７の中を通過さ
せた。さらに塗着層を有する金属多孔体は適切な厚さに
ローラープレスで加圧した。２８は蛇行防止用の治具で
ある。

【００５９】次の実施例として、長尺帯状金属多孔体の
波形方向に対して直角に搬送した。金属多孔体の補強用
にその周辺部に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を帯状に設
けた。図２３に示す様に、搬送用ローラー２３、２４、
２５で補強用の無穿孔部１２を設けた金属多孔体１１を
波形状方向と直角に搬送した。ペースト状活物質あるい
は水素吸蔵合金粉末４を内蔵した容器２９内を通し、金
属多孔体１１の両面に塗着層を形成し、スリット２６で
厚さを調整しつつ乾燥機２７の中を通過させた。さらに
厚さ測定器３０で電極体の厚さを制御した。これを検出
して、塗着層を有する金属多孔体を適切な厚さにエンボ
ス・ローラープレスで加圧した。

【００６０】本発明の波形状金属多孔体を用いた電池特
性は従来型のパンチングメタルを用いた電池より優れて
いる。この事からニッケル正極として焼結式ニッケル電
極および発泡状ニッケル多孔体に電極活物質を充填した
ニッケル電極より安価となる。したがって本発明は電極
を構成する材料、とくに電極支持体である金属多孔体を
安価に作製できる特徴を有している。また、電極で電池
を構成する製法において耐久性および生産性、量産性に
も優れている。

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属板ま
たは金属箔を両側より穿孔して、その穿孔された孔周囲
に形成されるバリによって波形状に形成された波形状金
属多孔体を使用することにより、電極の剥離現象を抑制
し、厚さ方向に対する電子伝導性を向上することができ
る。これにより、高率放電特性およびサイクル寿命特性
の向上が可能になる。また、波形状金属多孔体の波形方
向と平行方向に集電用無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設
けることにより、電極の伸長がなく耐久性に優れ、また
搬送中、ローラープレス中に電極の伸長がなく、不良品
の発生もなく効率よく製造することができる。また、従
来のパンチングメタルより優れた電池特性が得られるこ
とにより、現在使用されている焼結式電極や発泡メタル
式電極より電極コストの低廉化を図ることができる。し
かも生産性、量産性に優れており、工数コストも低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いた金属多孔体を得るための
金型の例を示す縦断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の実施例における金属
多孔体の構成例を示す縦断面図と波形状構造の概念図で
ある。

【図３】本発明の実施例における金属多孔体の開孔部形
状（上面透影）図である。

【図４】本発明の実施例における金属多孔体の縦断面
（図３のａ−ａ´縦断面）の概念構成図である。

【図５】本発明の実施例における電極の縦断面図であ
る。

【図６】従来のパンチングメタルの平面図である。

【図７】本発明の実施例における集電用の無穿孔部（加
圧穿孔部）を周辺に設けた波形状金属多孔体の構造図で
ある。

【図８】本発明の実施例における波形状金属多孔体の両
側面の周辺部に波形方向と平行に無穿孔部、加圧穿孔部
を設けた電極の構造図である。

【図９】本発明の実施例による波形金属多孔体の上部周
辺部に波形方向に平行して集電部を設け、リード板を固
定した電極の構造図である。

【図１０】本発明の実施例による波形状金属多孔体の波
形方向に対して直角方向に金属多孔体の両側周辺部に集
電用の無穿孔部（加圧穿孔部）を設けた構造図である。

【図１１】波形状の金属多孔体の波形方向に直角方向に
集電用の無穿孔部（加圧穿孔部）を金属多孔体の上部に
設けた構造図である。

【図１２】本発明の実施例による角型電池の縦断面略図
である。

【図１３】本発明の実施例における金属多孔体の各種開
孔部形状（上面透影）図である。

【図１４】元の金属板（箔）厚さｔと波形状金属多孔体
の見掛け上の厚さＴの比率Ｔ／ｔを表示した図である。

【図１５】波形状金属多孔体の見掛上の厚さＥとその両
面に活物質を塗着した加圧前の電極の厚さＳとの比率Ｓ
／Ｅ値と高率放電容量の関係を示した図である。

【図１６】電極の圧縮率と放電時の中間端子電圧の関係
を示した図である。

【図１７】金属多孔体の開孔率と利用率、サイクル寿命
の関係を示した図である。

【図１８】（ａ），（ｂ）は本発明の実施例におけるバ
リ（突起物）先端を屈曲した波形状構造の金属多孔体の
拡大図と波形状構造の概念図である。

【図１９】本発明の実施例における搬送用長尺帯状金属
多孔体の構造と搬送方向を示す図である。

【図２０】本発明の実施例における長尺帯状、短尺状金
属多孔体のローラープレス方向を示す概念構成図であ
る。

【図２１】本発明の実施例における長尺帯状電極基板の
切断方向を示す概念構成図である。

【図２２】本発明の実施例における長尺帯状金属多孔体
の両面に下から上に搬送して塗着層を形成させる製法を
示す工程図である。

【図２３】本発明の実施例における長尺帯状金属多孔体
の両面に上から下に搬送して塗着層を形成させる製法を
示す工程図である。

【符号の説明】

１金属板または金属箔２孔３バリ４活物質あるいは水素吸蔵合金粉末５下型６ポンチ７上型８凹部９ニッケル板１０孔１１波形状金属多孔体１２無穿孔部あるいは加圧穿孔部１３リード板１４カドミウム負極１５ニッケル正極１６セパレータ１７電槽１８負極端子１９正極端子２０安全弁２１電槽の蓋２２バリ先端の屈曲部 23,24,25 長尺帯状金属多孔体の搬送用ローラー２６スリット２７乾燥機２８蛇行防止用器具２９ペースト内蔵容器３０厚さ測定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者辻政人大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属多孔体と、その両面に形成した活物
質または水素吸蔵合金粉末の塗着層からなる塗着式電極
であって、前記金属多孔体は、金属板または金属箔を両
側より穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバ
リによって波形状に形成されたものであり、この金属多
孔体の周辺部にその波形方向に対して平行方向に集電用
の無穿孔部あるいは加圧穿孔部を１ヶ所以上設け、前記
金属多孔体が波形方向に伸長しない構成とした事を特徴
とする電池用塗着式電極。
【請求項２】前記金属多孔体の周辺部にその波形方向
に対して平行方向にリード板（集電板）を設けてなる請
求項１記載の電池用塗着式電極。
【請求項３】前記波形状に穿孔したバリ付き金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体を長尺帯状に構成してな
る請求項１または２記載の電池用塗着式電極。
【請求項４】前記波形状に穿孔したバリ付き金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体の見掛け上の厚さＴと穿
孔する前の金属板または金属箔の厚さｔの比率が４≦Ｔ
／ｔ≦４０（但し、６００≦Ｔ（μｍ）≦２１００、３
０≦ｔ（μｍ）≦１５０）の範囲である請求項１乃至３
の何れかに記載の電池用塗着式電極。
【請求項５】前記波形状に穿孔したバリ付き金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体の見掛け上の厚さＥとそ
の両面に活物質あるいは水素吸蔵合金粉末を塗着した状
態で加圧前の電極厚さＳの比率が１．０≦Ｓ／Ｅ≦２．
０の範囲である請求項１乃至４の何れかに記載の電池用
塗着式電極。
【請求項６】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体の両面に活物質または水素
吸蔵合金粉末を塗着した電極基板をさらに圧縮し、その
圧縮率が２５〜４５％（但し、圧縮率は（１−加圧後の
厚さ／加圧前の厚さ）×１００％で表示）の範囲である
請求項１乃至５の何れかに記載の電池用塗着式電極。
【請求項７】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体の開孔率が３０〜６０％の
範囲である請求項１乃至６の何れかに記載の電池用塗着
式電極。
【請求項８】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体のバリ先端部の一部分を屈
曲した突起物構造とした請求項１乃至７の何れかに記載
の電池用塗着式電極。
【請求項９】前記波形状に穿孔したバリ付金属板また
は金属箔からなる金属多孔体の材質がニッケルあるいは
鉄基板にニッケル、コバルト、銅、亜鉛、の１種類以上
をメッキした構成である請求項１乃至８の何れかに記載
の電池用塗着式電極。
【請求項１０】前記波形状に穿孔したバリ付金属板ま
たは金属箔からなる金属多孔体の穿孔形状が正方形、長
方形、菱形、その他の多角形、円形、楕円形、の１種類
以上およびその類似形状である請求項１乃至９の何れか
に記載の電池用塗着式電極。
【請求項１１】長尺帯状に構成された金属多孔体の両
面に活物質または水素吸蔵合金粉末の塗着層を形成させ
る平板型の電池用塗着式電極の製造方法であって、前記
長尺帯状の金属多孔体は金属板または金属箔を両側より
穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバリによ
って波形状に形成されたものであり、この長尺帯状金属
多孔体の周辺部に補強用として無穿孔部あるいは加圧穿
孔部を設け、その波形方向に対して平行方向または直角
方向に搬送して、活物質または水素吸蔵合金粉末を塗着
させることを特徴とする電池用塗着式電極の製造方法。
【請求項１２】前記活物質または水素吸蔵合金粉末か
らなる塗着層を備えた長尺帯状の金属多孔体を波形方向
に対して平行方向に、しかもその平行方向が長尺方向側
になる様に切断する様にした請求項１１記載の電池用塗
着式電極の製造方法。
【請求項１３】長尺帯状あるいは短尺状に構成された
金属多孔体の両面に活物質または水素吸蔵合金粉末の塗
着層を形成させる平板型の電池用塗着式電極の製造方法
であって、前記金属多孔体は金属板または金属箔を両側
より穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバリ
によって波形状に形成されたものであり、この長尺帯状
あるいは短尺状の金属多孔体の周辺部分に無穿孔部ある
いは加圧穿孔部を設けるとともに、両面に活物質または
水素吸蔵合金粉末からなる塗着層を設け、この金属多孔
体をその波形方向に対して、直角方向あるいは平行方向
に搬送して１回以上ローラープレスを行う事を特徴とす
る電池用塗着式電極の製造方法。
【請求項１４】長尺帯状に構成された金属多孔体の両
面に活物質または水素吸蔵合金粉末の塗着層を形成させ
る平板型の電池用塗着式電極の製造方法であって、前記
長尺帯状の金属多孔体は金属板または金属箔を両側より
穿孔して、その穿孔された孔周囲に形成されるバリによ
って波形状に形成されたものであり、前記長尺帯状の金
属多孔体の周辺部分に無穿孔部あるいは加圧穿孔部を設
け、波形方向に対して直角方向あるいは平行方向に、し
かも下方から上方へ、あるいは上方から下方への搬送の
何れかによって、ペースト状の活物質または水素吸蔵合
金粉末を前記金属多孔体の両面に塗着させる事を特徴と
する電池用塗着式電極の製造方法。